[发明专利]大功率紧凑型电液风力发电机组总成

说明书

本发明公开了一种大功率紧凑型电液风力发电机组总成，包括叶轮组件、液压泵组件、油箱以及容纳在油箱壳体空腔内的电液一体机组件，所述电液一体机组件包括发电机壳体组件以及容纳在所述发电机壳体组件的壳体空腔内的转子组件、定子组件以及液压马达组件，所述液压泵组件从所述油箱壳体空腔和/或发电机壳体空腔内吸油，所述叶轮组件与液压泵组件连接，所述液压泵组件输出高压油液驱动所述电液一体机组件中的液压马达组件和转子组件旋转，实现发电。本发明的风力发电机组电液高度融合，具有功率大、结构紧凑、体积小、重量轻、噪声低、高效节能、自冷却、功率密度高、可靠性高、长寿命等特点。

技术领域

本发明属于发电技术领域，特别涉及风电领域的大功率紧凑型电液风力发电机组总成。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，是我国能源转型的重要支撑。目前，风力发电是最成熟、最具规模开发条件和极具商业化发展前景的发电方式之一，风力发电在改 变能源结构、缓解环境污染等方面具有明显优势，越来越受国内外的关注，世界各国 对风电的开发给予了高度重视。2025年后年均新增风电装机将不低于60GW，换算投资 额，按7000-10000元/kw计算，我国未来风电每年新增投资额将达4000亿-6000亿元 规模，未来风电行业将进入快速发展阶段。

政策利好的同时，也应看到风电行业的面临的挑战，特别是风电行业与其他发 电行业的竞争，还存在成本高、关键技术亟待突破等问题。2021年之后我国风电行 业将正式进入“平价后时代”，在无补贴的情况下，行业对于发电效率提升、度电 成本下降和经济效益要求更高。

其中，风发电机组占风电项目建设成本约60％，因此，除去非技术方面，风发电 机组是风电能否实现平价的关键环节。

目前，风力发电机组普遍采用以增速齿轮箱为主传动的交流励磁双馈发电机和无齿轮箱直接驱动的多级永磁同步发电机。如图1所示，为传统箱式风力发电机组 总成图，齿轮箱式风力发电机组包含增速齿轮箱1、联轴器3、发电机2，增速齿轮 箱1一端与叶轮连接，另一端通过联轴器与发电机2连接，这种结构具有以下特点： (1)增速箱1为风力发电机组的最为关键部件之一，目前，增速齿轮箱存在加工困 难、价格昂贵，并且失效率高，容易发生故障等问题，大量的实践证明，在风力发 电机组的传动链中增速齿轮箱是最薄弱的环节；(2)传统箱式风力发电机组总成将 增速齿轮箱1、联轴器3、发电机2轴向轴向排开，如图1所示，其占用空间大、重 量重，尤其是增速齿轮箱1占据了60％以上的体积和重量；(3)增速齿轮箱1、联 轴器3、发电机2等独立部件多处连接使风力发电机组结构复杂，能量转换和动力传 递环节较多，装配同轴度不容易保证，易产生机械摩擦损失、振动噪音等；(4)传 统齿轮箱式风力发电机组需要额外给增速齿轮箱1增设润滑装置以及需要额外给发 电机增加冷却装置4，增加了设备的复杂性、额外能耗损失、以及建设运营成本。

另一种主流的风力发电机组类型为无齿轮箱直接驱动的多级永磁同步发电机，直驱式风力发电机组叶轮与发电机直接连接，省去增速齿轮箱，维修工作量显著降 低，但直驱式永磁同步风力发电机组也存在以下问题：(1)由于发电机转速很低， 故发电机极数很大，造成发电机体积庞大，重量大，约为齿轮箱式风力发电机组的 10倍左右重量；(2)永磁同步发电机用材多，尤其是稀有金属用量大，受原材料的 影响，其成本一直居高不下；(3)直驱式永磁同步风力发电机组变速恒频技术是通 过电子控制实现，控制系统非常复杂，大功率整流逆变器对电子元器件要求高、价 格高。

风电发电机组的另一个发展趋势是大容量、规模化发展，最新的12MW风发电机 组已成功上市，未来更大容量的发电机组也在研发中，但随着风电发电机组的功率 越来越大，增速齿轮箱、发电机等部件的体积和重量也越来越大，不仅难以加工， 难以保证精度，连运输、装配、吊装都极其困难，还对地基要求也越来越高，影响 了塔筒的建设成本，因此，传统的风发电机组很难大幅度降低风电成本，平价化异 常艰巨。